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當(dāng)代汽車尾氣凈化處理技術(shù)

何禹

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東德州253023）

摘要：汽車在現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程中已經(jīng)成人們生活中十分重要的一部分，在給人們帶來(lái)生產(chǎn)與生活便利的同時(shí)，汽車尾氣現(xiàn)也成為了環(huán)境污染的主要來(lái)源之一。經(jīng)研究尾氣污染物的主要有害成分為：一氧化碳、烴類和氮氧化合物。汽車尾氣催化凈化作為處理汽車尾氣的主要手段越來(lái)越受到人們的關(guān)注。文章簡(jiǎn)述了汽車尾氣凈技術(shù)，同時(shí)從催化凈化機(jī)理和催化效率幾個(gè)方面進(jìn)行了探討，并對(duì)提出該領(lǐng)域待解決的問(wèn)題及其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：汽車尾氣；處理；催化劑；凈化

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，在當(dāng)代社會(huì)中，汽車作為主要的交通工具，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量增加很快。同時(shí)，汽車排氣中的一氧化碳、烴類和氮氧化合物已經(jīng)成為大氣的主要污染因素，威脅著人類的生命健康。因此治理汽車尾氣成為當(dāng)務(wù)之急，治理汽車尾氣的手段有多種：改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；改善燃油質(zhì)量；使用電能、太陽(yáng)能為能源的汽車；使用尾氣凈化催化劑等。其中采用尾氣凈化催化技術(shù)是目前減少汽車排放污染的主要措施。但由于我國(guó)大多數(shù)汽車屬于在用車，汽油質(zhì)量低下，且催化劑易中毒，使得我國(guó)在尾氣凈化方面還有一定差距。

1　汽車尾氣凈化處理技術(shù)分類

現(xiàn)在常用的凈化技術(shù)主要分為機(jī)內(nèi)凈化與機(jī)外凈化兩大類。①機(jī)內(nèi)凈化:是通過(guò)改進(jìn)汽車內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和燃燒狀況來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如改進(jìn)化油器，點(diǎn)火系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)，用電子方式控制汽油噴射；加快科研成果推廣，提高清潔無(wú)污染燃料的普及率。機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)只能減少有害氣體的生成量。為了使汽車尾氣排放達(dá)到更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，就需要在汽車尾氣排放到大氣之前，利用催化轉(zhuǎn)化裝置將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體。②機(jī)外凈化的研究主要集中在催化凈化上，而催化劑又是凈化效果的關(guān)鍵。所以科學(xué)家將催化劑的改良及載體的選擇作為研究重點(diǎn)。

2　調(diào)整燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）改變發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)置，降低尾氣污染物含量。①減少噴油提前角（圖1），可降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最高溫度，使氮?dú)浠衔锏牧繙p少。②改善噴油器的質(zhì)量，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，使霧化充分進(jìn)行完全燃燒，從而也可以減少一氧化碳、碳?xì)浠衔锏纳伞?/p>

圖1　噴油提前角

（2）設(shè)計(jì)循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行尾氣再利用。①（圖2）曲軸箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：把從汽缸竄入曲軸箱的氣體（主要是未燃?xì)怏w）再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣歧管，使其再次燃燒，改變了過(guò)去將其直接排入大氣所造成的污染。②排氣再循環(huán)設(shè)計(jì)：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口用控制閥與進(jìn)氣歧管相連接，使排出的氣體經(jīng)過(guò)再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。③蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進(jìn)氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲(chǔ)存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排放。

圖2　

3　三元催化器

三元催化器及催化劑可以同時(shí)凈化一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸?故稱為三元（效）催化器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí)，三元催化器中的凈化劑增強(qiáng)一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏臍怏w活性，促使其進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成無(wú)色，無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w；HC在高溫下氧化成水（H2O）和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕狻亩蛊嚨奈矚獾靡詢艋?，但在?shí)際應(yīng)用中，三效催化劑仍有一些問(wèn)題需要解決。如空燃比匹配對(duì)催化劑催化特性的影響等。

圖3　三效催化劑

4　高壓脈沖電暈放電技術(shù)

（1）高壓脈沖電暈放電技術(shù)凈化汽車尾氣的原理：高壓脈沖電暈放電技術(shù)利用等離子體系系中的活性物（催化）氧化還原反應(yīng)，將汽車尾氣中的有害物通過(guò)氧化、還原或離解而轉(zhuǎn)化為無(wú)害或低危害的物質(zhì)從而減少境污染。

（2）高壓脈沖電暈放電凈化汽車尾氣的實(shí)際運(yùn)用。在汽車尾氣排放管后安裝一個(gè)正電暈裂變反應(yīng)器，就能將實(shí)現(xiàn)高壓脈沖電暈技術(shù)來(lái)處理汽車尾氣?！罢姇灹炎儭笔怪鸽姇瀮艋髦械奈矚夥肿油蝗坏玫骄薮蟮哪芰砍蔀榛钚苑肿?，發(fā)生碰撞，在短時(shí)間內(nèi)有效碰撞將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成分子的內(nèi)部勢(shì)能，使其化學(xué)鍵破壞，將一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏确纸獬晒腆w微粒子和單原子氣體分子氧氣、氮?dú)庖约八碾婋x過(guò)程。汽車尾氣電暈凈化器安裝位置如圖4所示。

圖4　汽車尾氣電暈凈化器安裝位置示意

5　影響催化效率的幾個(gè)因素

（1）空燃比。經(jīng)研究表明CO和HC是在氧化條件下被進(jìn)入氣缸的汽油質(zhì)量F與空氣質(zhì)量A之比A/F是影響污染物排放濃度的最顯著因素,圖五即為A/ F的變化與TWC轉(zhuǎn)化率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，催化劑以氧化鋁為載體,鉑和銠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.042%和0.018%。一般取A/F=14.6左右，當(dāng)A/F>14.6時(shí)稱為富氧燃燒，此時(shí)，CO和HC的轉(zhuǎn)化率提高，但NOx轉(zhuǎn)化率迅速降低，使用TWC時(shí)，其轉(zhuǎn)化率與A/F密切相關(guān)，汽車尾氣的凈化過(guò)程，同時(shí)也是汽車催化劑開發(fā)準(zhǔn)備控制A/F到理論值的過(guò)程。由電控單元控制多點(diǎn)燃油噴射，調(diào)節(jié)燃油的量，使A/F比保持在盡可能窄的計(jì)量范圍內(nèi)，但是在A/F比的調(diào)節(jié)中存在固有時(shí)間的滯后，A/F比隨汽車行駛速度一般在計(jì)量比左右擺動(dòng)，盡量減少A/F比的擺動(dòng)可以提高TWC的效率。

圖5　A/F的變化與TC轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管。為了能配合使催化劑更好的發(fā)揮其作用，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管設(shè)計(jì)能螺旋形狀（圖6），因?yàn)槁菪螤顣?huì)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，使催化反應(yīng)更加完全，這樣可能減少有害氣體排放。

圖6　發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管

6　汽車尾氣凈化研究展望

當(dāng)前汽車尾氣排放是我國(guó)尾氣污染嚴(yán)重下大力氣嚴(yán)格治理已是勢(shì)在必行而當(dāng)今時(shí)代科技發(fā)展日新月異尤其是在尾氣催化劑領(lǐng)域新技術(shù)新理論更是層出不窮應(yīng)時(shí)代之要求未來(lái)汽車尾氣凈化催化劑的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下及3方面：①開發(fā)新型高效催化劑，來(lái)減少或代替貴金屬的使用。②進(jìn)一步提高催化劑的抗中毒能力延長(zhǎng)其使用壽命。③提高催化劑的低溫活性減少汽車在冷啟動(dòng)時(shí)的廢棄排放量。

隨著人民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新的排放法規(guī)的提出，必將是不斷采用新產(chǎn)品、新技術(shù)，淘汰落后產(chǎn)品的過(guò)程，為全人類的健康的生活環(huán)境而不斷努力的過(guò)程。

Modern Automobile Exhaust purification Technology

HE Yu

（Automotive Engineering College，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

Abstract:Automobile has become an important part of people's life in the process of modernization，in the process of facilitating production and life，automobile exhaust has also became one of the main sources of environmental pollution. According to the study on the main harmful components of the exhaust pollutants，it is found that it mainly included：carbon monoxide，hydrocarbons and nitrogen oxides.As the main means to process automobile exhaust，catalytic purification has draw more and more attention.This paper briefly expounded automobile exhaust purification technology and made some investigation from catalytic purification mechanism，catalyst efficiency and other aspects.And to put forward the problems in this field waiting to be solved and its development prospect.

Key words:automobile exhaust；process；catalyst；purification

作者簡(jiǎn)介：何禹（1991-），男，云南彌勒人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械自動(dòng)化，汽車運(yùn)用，交通運(yùn)輸。

收稿日期：2015-08-19

文章編號(hào)：2095-980X（2015）09-0060-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ426.96